JFE 塑料廢棄物循環利用

煉鐵過程中要利用鐵礦石、煤炭、水、電力和燃料等資源。日本JFE 鋼鐵公司一直在實施各種技術措施，降低煉鐵過程產生的環境負荷。經過長期的積累，JFE 已具備了鋼鐵技術與工程技術的綜合實力，并在此基礎上努力構建以節省資源、節能、環保為宗旨的環境友好型煉鐵工藝流程。

此外，為減少對產業和社會的環境負荷積極地向社會提供環境友好型鋼鐵產品。 1991 年制定的《資源有效利用促進法》，明確提出將廢棄物作為資源進行循環利用的思路。

2000 年6 月制定了《推進循環型社會基本法》，促進將廢棄物作為“循環資源”進行循環利用，提出了廢棄物減量化、再利用、再循環(3R)的原則。JFE 集團以循環事業為契機，于2000 年4 月全面實施了1995 年制定的《容器包裝循環法》。

位于京濱地區的 JFE 東日本制鐵所，從1996 年10 月開始，將聚氯乙烯以外的廢塑料替代焦炭作為高爐還原劑。2000 年制定了《容器包裝循環法》，將廢塑料包裝容器等廢棄物也作為煉鐵原料實現了再資源化。

塑料廢棄物的再資源化

1 作為高爐鐵礦石的還原劑

高爐煉鐵通常使用焦炭作為還原劑，也可使用廢塑料替代焦炭作為還原劑。廢塑料經過破碎、造粒之后，從高爐下部風口部位噴吹進高爐后，生成還原性煤氣CO 和H2，將鐵礦石還原成鐵。進行還原反應使用的煤氣(約800kcal/Nm3)在高爐上部回收，用于煉鐵廠內的加熱爐和發電設備等。這樣，在高爐內噴吹的廢塑料，可全部在煉鐵工藝流程中得到有效利用。另外，利用廢塑料產生的H2 進行還原，與使用焦炭相比，可大幅減少CO2 的排放量。瓶子等固定形狀的廢塑料，由破碎機按照所需粒徑進行破碎后可直接噴吹。由于廢塑料膜粉碎后不能直接噴吹，必須進行造粒。聚氯乙烯等含有氯成分，它在高爐內熱分解產生腐蝕高爐設備的HCl，因此必須去除聚氯乙烯塑料。

由于在 2400℃的高溫風口周邊吹入廢塑料，所以不會產生二英類物質。由于高爐爐頂部分的低溫區域造成強還原環境，在此不會發生二英生成及再合成反應。無償使用廢塑料作為鐵礦石的還原劑，不僅可以減少煉鐵流程中煤炭利用量，還可以抑制CO2 的排放量。可以說，高爐對廢塑料的利用有效利用了化石資源，大大減少了環境負荷，是優異的循環系統和形成循環型社會的適宜工藝。

2 容器包裝廢塑料的處理

根據 2004 年4 月的《容器包裝循環法》，開始了塑料容器包裝的再商品化。為實現塑料容器包裝再資源化，用于高爐原料化處理過程如圖1 所示。高爐原料化設備的功能是:將自治體(日本專門從事循環經濟的單位)收集、并經壓縮打捆的標準物進行拆捆，用搖動式分選機分出固定形體、瓶子、薄膜，清除混入的異物；再通過人工對固定形體、瓶子的選取，將不適宜再資源化的東西清除后，用破碎機按照所需粒徑進行破碎，成為高爐用還原劑。另外，薄膜類經破碎機所定粒徑破碎后，由于薄膜密度差異，使用離心式密度分離裝置將聚氯乙烯分離出去后，通過造粒機將薄膜按所定粒徑造粒后作為高爐還原劑。為落實 2004 年4 月開始實施的包裝容器再商品化，東日本制鐵所京濱地區(川崎市)以及西日本制鐵所福山地區(廣島)的兩家鋼鐵廠，建設了高爐原料化設備。

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3 聚氯乙烯的加熱脫氯處理

聚氯乙烯與氧氣在隔絕的狀態中，加熱到300～400℃，發生熱分解，生成HCl。利用這一性質，在圖2 所示的外熱式回轉爐內，將聚氯乙烯與媒介物進行攪拌進行熱分解，待熱分解產物冷卻后進行破碎，作為煉鐵原料。媒介體是鋼鐵廠使用的粉狀焦炭，防止分解物結塊以及防止附著在回轉爐內壁。由于回轉爐內的還原環境，不會產生二英類物質。熱分解煤氣從回轉爐排出后，隨著高溫燃燒，分解同時產生的碳氫化物，使碳氫化物不向環境排放。熱分解產生的HCl 在吸收塔被水吸收后，經過精餾，回收工業用鹽酸。回收的鹽酸在制鐵所內有效的進行用于鋼材生產的酸洗作業。塑料處理促進會和聚氯乙烯工業環境協會共同成功的進行了此項試驗，2004 年4 月正式開始實施，JFE 環境(株)于2005 年接手此事業。

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4 廢塑料的熱處理微粉化

廢塑料經破碎機微粉化之后，產生熱摩擦造成熔融軟化。因此，當粉碎 1mm 以下時，需要冷凍破碎等特殊技術，作為廢塑料再資源化技術，已經實現了實用化。同時在聚氯乙烯、混合塑料熱處理脫氯技術開發也獲得了非常重要的成果。

廢塑料經過加熱處理、脆化后，即使不經過冷凍處理，在常溫下也可以實現微粉化。應用這一原理，建設了廢塑料熱處理微粉化工藝設備(APR:Advanced Plastic Recycling)，于2007 年4 月開始運行，其工藝流程見圖3。

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APR 設備由對容器包裝廢塑料的熔融、脫氯和微粉碎系統構成。首先將混合的廢塑料進行加熱熔融、脫氯、混合后，冷卻固化。在這個熱處理過程中脆化的廢塑料在常溫下粉碎，制成粒徑為200～400μm 的微粉塑料。這種微粉塑料與使用的廢塑料顆粒相比，提高了高爐內的反應效果，從而進一步提高高爐對廢塑料的利用效率。

另外，由于 APR 設備具有脫氯功能，廢塑料容器包裝材料的循環過程可以包括含氯元素的廢塑料，也可有效利用這些殘渣。

5 依靠煤氣改質爐生產燃料煤氣

JFE 的可燃性廢棄物煤氣化的熔融技術有兩種，高溫煤氣直接熔融爐和利用熱選擇方式的煤氣改質爐。日本循環(株)于1999 年9 月在東日本制鐵所千葉地區的熱選擇方式煤氣改質爐開始運轉，處理的對象是可燃性廢棄物和塑料容器包裝材料，生產的燃料煤氣供給煉鐵廠，其工藝流程見圖4。

熱選擇方式的特征是，在約1200℃的高溫中將可燃性廢棄物燃氣化，并經過燃氣改質、精制過程，最大限度地限制二英類物質的產生。另外，產生的無機物渣體、金屬、金屬氫氧化物、硫磺等可以再資源化。

西日本制鐵所倉敷地區的水島埃克瓦庫斯(株)參與了以一般廢棄物和產業廢棄物為對象的 PFI(民間資金活用事業)的燃氣化事業，給煉鐵廠供應燃料煤氣。

利用廢塑料制造混凝土用模板

塑料容器包裝的廢塑料中含有適宜作為循環材料用的優質塑料。選出這些優質塑料，清除雜質后，生產的再生樹脂，可用于制造“混凝土定型用模板(NF 板)”。2002 年9 月，開始了這項工作，從2005 年開始，與高爐燃料化事業一樣，JFE 環境(株)開始了這項工作。另外，從 2004 年9 月開始，如圖5 所示，采取會員制銷售，有價購買廢模板，構建了混凝土模板的循環系統。這個循環系統從用廢塑料生產混凝土定型用模板，到建設現場的數次使用，廢模板回收，最后成為煉鐵原料等。而且，再資源化產生的殘渣，還可利用上述的APR 設備進行處理。

廢塑料再資源化的環境影響

1 對廢棄物利用時CO2 排放量的處理

日本鋼鐵聯盟(社)的地球變暖對策行動計劃制定了鋼鐵業的能源減少目標，即同1990 年相比， 2010 年能源消費量減少10%(以粗鋼產量1t 為標準進行計算)，同時作為附加措施，高爐要利用廢塑料 100 萬t。塑料廢棄物等在煉鐵工藝流程中替代原燃料加以利用，如前所述，可以減少礦石資源的利用，并避免了單純的燃燒掩埋，達到抑制了CO2 的產生及延長廢棄物處理場壽命的目的。

根據防止地球變暖對策的相關法律，2007 年開始實施對造成溫室效應的燃氣排放在一定量以上的企業進行燃氣測算和報告的公示制度。這個制度把廢棄物的高爐原料化與用于產品的生產用途進行區分，對使用能源產生的C02(能源起因)同其他用途產生的C02(非能源起因)加以區分，制成發生量報告。這個措施促使了經營者積極利用廢棄物替代化石能源。

2 對再資源化產生環境負荷的評價

日本容器標準循環協會是第一家開始研究生命周期影響評估的，組建了關于塑料容器再商品化手段對環境負荷評估等研究委員會。2007 年6 月開始，該協會與環境省、經產省共同編制報告，即“塑料容器包裝再商品化手段專門委員會”報告。

JFE 給予這個委員會全面協助，為塑料廢棄物高爐原料化及環境負荷評估提供基礎數據。表 1 列出了各種再商品化手段，這個報告記錄了CO2 的減少效果和殘渣產生量。高爐原料化手段的殘渣產生量，使用1t 容器包裝廢塑料產生174kg 殘渣，與其他化合物的循環方法相比并不多；同使用焦炭相比，每噸廢塑料能減少3.3t C02，體現出高爐利用廢塑料的顯著效果。

2008 年，容器包裝廢塑料的使用量為67 萬t，其中用于材料循環的40 萬t，用于化合物循環 27 萬t。根據這些數據，可以計算出CO2 的減少效果和殘渣的產生量。使用材料循環方法減少 CO255 萬t，殘渣產生量17 萬t；而進行化合物循環，可減少CO282 萬t，殘渣產生量1 萬t。因此進行化合物循環，CO2 減少效果極好，且殘渣產生量很少。圖 6 是過去三年再商品化帶來環境負荷的變化，將2006 年設為100，三年間廢棄物量增加了 13%，而CO2 減少量僅增加2%；2008 年較2007 年有所惡化，表現在殘渣產生量急劇增長了30%，說明在循環利用推進的同時也增加了環境負荷。

利用廢塑料容器包裝的環境影響

自治體收集的用于再資源化的容器包裝廢塑料，通過再商品化機構日本容器包裝循環協會，將這些廢棄物優先用于材料循環。

2006 年以來，材料循環占有率升高，原因是在2008 年，實行了為滿足一定的再商品化品質率(氯元素含量在0.3%以下，占主要成分的90%以上)的優先中標權資格制度。這個制度的實施使優先材料循環占有率達到40%，非優先材料循環與化合物循環之間進行競爭，結果材料循環合計為59%，比2007 年增加了9%。

在各地區的中標情況中，最多的是關東地區，中標量(自治體收集量)合計為24 萬t，材料比例占42%，這是較低的；而在西日本，特別是九州、四國等地(自治體收集量)分別在3～5 萬t 之間；而材料循環比例在70%～90%之間，遠高于全國平均59%的水平。表明各地區再商品化手段的水平有很大差別。

結束語

鋼鐵廠利用現有的生產工藝，將廢棄物制成循環資源，實踐證明作為煉鐵原料是可行的。JFE 今后將繼續加強技術開發，為構建資源循環型社會，有效利用枯竭的自然資源和為防止地球變暖采取積極的行動。